Technologie

Akustische Ultraschallsensoren mit piezoelektrischen Kristallen basieren auf mechanischen Vibrationen, die durch Schallwellen ausgelöst werden, um den Kristall zu verformen. Die patentierte Technologie des Optischen Mikrofons verfolgt einen völlig anderen Ansatz: Anstelle von mechanischen Vibrationen nutzt sie die Wirkung von Schall auf die Lichtgeschwindigkeit.

In einem starren Fabry-Pérot-Interferometer, das aus zwei miniaturisierten Spiegeln besteht, verändert der Schalldruck den Brechungsindex der Luft und damit die optische Wellenlänge. Diese Längenänderung führt zu einer Änderung der Interferenz im Etalon und damit zu einer Helligkeitsänderung, die wiederum in ein elektrisches Signal – proportional zur Schalldruckamplitude – umgewandelt wird. Im Gegensatz zu klassischen Mikrofonen ist das Optische Mikrofon das weltweit erste Mikrofon ohne bewegliche Teile. Daraus ergibt sich für den Sensor eine Frequenzbandbreite, die nicht durch mechanische Resonanzen limitiert ist und den Hörbereich um einen Faktor 100 übertrifft. So können Brechungsindex-Änderungen von kleiner 10^-14 gemessen werden, welche einer Druckänderung von nur 1 µPa entsprechen.

Wikipedia: Optisches Mikrofon

 

Vorteile

XARIONs patentierte Sensor-Technologieplattform bietet wesentliche Vorteile:

• Extrem breiter Ultraschall-Frequenzbereich von 10 Hz bis zu 4 MHz in Luft, 20 MHz in Flüssigkeiten, in einem einzigen Sensor!
• Akustische und Ultraschall-Detektion mit einem Frequenzumfang, der dem 20-fachen des Standes der Technik entspricht
• Frequenzunabhängiges Wandlerprinzip
• Schalldetektion in Luft und Flüssigkeiten
• Eignung für extrem hohe Schalldrücke (bis zu 194 dB SPL)
• Perfekte Impulsantwort, da keine träge Masse in Bewegung versetzt werden muss
• Inhärente Phasenübereinstimmung in Array-Anordnungen von Mikrofonen
• Sowohl der Sensorkopf selbst als auch die Signalübermittlung sind rein optisch und daher unempfindlich gegenüber starken elektromagnetischen Feldern

 

Forschung & Entwicklung

Um neuartige Sensorik-Ansätze zu erforschen und zu nutzen, die das Optische Mikrofon ermöglicht, kooperiert XARION mit zahlreichen nationalen und internationalen Forschungspartnern.

Die Technologie des Optischen Mikrofons wird durch zahlreiche Patente geschützt, die in den USA, der EU, China, Südkorea, Japan und anderen Ländern erteilt wurden.
Der wissenschaftliche Beirat des Unternehmens wird von Laserphysiker und Nobelpreisträger Prof. Dr. T.W. Hänsch geleitet.

Photoakustische Bildgebung

Die Wechselwirkung eines kurzen Laserpulses mit biologischem Gewebe erzeugt Ultraschall. Das ist das grundlegende Prinzip des ‚Photoacoustic Imaging‘ (PAI), eines neuartigen bildgebenden Verfahrens in der Medizin. XARIONs flüssigkeitsgekoppelte Version des Optischen Mikrofons ist ein hervorragender Sensor für die Photoakustische Bildgebung: Einige seiner Vorteile sind die hohe Empfindlichkeit bei kompakter Sensorgröße, optische Transparenz für die in der PAI genutzten Laseranregung und die Immunität gegen Streulicht. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Anwendung in der laparoskopischen Chirurgie, sowie in der schnellabtastenden photoakustischen Mikroskopie mit optischer Auflösung (englisch optical-resolution photoacoustic microscopy, OR-PAM).

Quellen
B. Fischer, Nature Photonics 10, 356–358 (2016)
S. Preisser et al., Biomedical Optics Express 7(10), 4171-4186 (2016)
R. Haindl et al, Optics Letters 42(21), 4319-4322 (2017)
S. Preisser et al. Optik&Photonik 12(5), 22–25 (2017)